专利名称：一种基于dsp的声频系统频响特性均衡处理装置的制作方法
技术领域：
本实用新型装置涉及电声技术领域，具体是指一种基于DSP的声频系统频响特性均 衡处理装置。
背景技术：
声频系统的频响特性是指声频系统对声频信号的各个频率分量的响应特性，包括幅频 特性和相频特性。理想的幅频特性在通频带内应该是平坦的，理想的相频特性在通频带内 应为线性。但实际的声频系统(如扬声器)总会存在一定的频响失真，为改善声频系统性 能，需对其进行相应的均衡处理。
实际应用中一般用图示均衡器来均衡声频系统的频响特性，图示均衡器的种类较多， 但基本工作原理都是相同的，由几个或几十个Q值恒定的带通滤波器将声频信号的全频 带(20Hz 20kHz)分成各个独立的频带，每个带通滤波器由相应的电路实现，有一个对 应的固定中心频率，中心频率按l l/3倍频程设置，应用中根据需要可以对各个频带分别 进行提升或衰减，增益调整范围通常为土15dB、 土12dB、 士6dB。每个中心频率对应一 个推键，向上推动则将对应频带的信号加以提升，向下推动则将对应频带的信号加以衰 减。由各个推键所在位置所形成的曲线就是该均衡器的均衡曲线，因此只要调整各个推 键的位置就可改变均衡曲线。虽然这种通用图示均衡器可以很灵活方便地对声频系统的频 响特性进行均衡处理，但实际操作过程却很复杂。因为要得到期望的均衡修正特性需要 对各个频带同时进行调整，再加上相邻频带又会相互影响，所以需要专业人员耐心细致 的调试，且往往要用频谱分析仪等专用设备进行监测才能调整好，否则不仅达不到预期 效果，反而会使系统频响失真更为严重。而系统中若包含图示均衡器则必需考虑设备如 何放置、信号线的ii接、电源线的连接等，从而使系统变得复杂，且增加成本。
若声频系统的期望的均衡修正特性是已知的、确定的，为了简化系统，可以将均衡 器电路作为声频系统的一部分，例如多媒体有源扬声器箱中可以将均衡低频特性的电路与 功率放大电路做到同一块电路板上。目前均衡器一般用模拟电路实现，常见的有LC型、 模拟电感型。因为是模拟电路，所以精度有限、易受噪声影响、 一致性不好。特别是不 灵活，均衡修正特性只要有少部分修改，就必须重新设计电路。
近年来，随着计算机技术、数字信号处理技术的发展，基于DSP软件的均衡器也已 经出现。这种实现方法是在数字信号处理芯片(DSP)上配置相应的信号处理软件，具有稳定性好、精度高、 一致性好、可靠性高、灵活性好等优点。特别是对基于DSP的数 字声频系统，只需增加相应的代码即可实现均衡功能，不需要增加硬件成本。目前常用IIR 或FIR实现均衡器所需的几个或几十个Q值恒定的带通滤波器。用IIR实现带通滤波器 的优点是阶数低，缺点是难以做到线性相位，且系统可能不稳定。用FIR实现带通滤波 器的优点是易做到线性相位，系统稳定，缺点是阶数高，特别是在低频，因而运算量大。 但不管是IIR还是FIR实现的各个带通滤波器都不可能是理想的，必定有过渡带，因此对 某个子频带进行调整时必然会影响到其它子频带。
实用新型内容
本实用新型的目的在于克服现有技术存在的上述不足，提供一种基于DSP的声频系 统频响特性均衡处理装置，利用数字信号处理器(Digital Signal Processor DSP)对声频 系统频响特性均衡处理。该装置既可以处理模拟声频信号，也可以处理数字声频信号，获 得精确的声频系统频响均衡校正特性，系统结构简单，使用方便，成本低。本实用新型通 过如下技术方案实现
一种基于DSP的声频系统频响特性均衡处理装置，该装置包括DSP、模/数转换器、 数/模转换器和存储DSP程序的外部R0M，所述模/数转换器输出端与DSP的信号输入 端相连，DSP的信号输出端与数/模转换器输入端相连，DSP还与外部ROM进行信号连 接。
上述装置中，还设有串行数字声频信号接收端口 ，该端口与DSP的信号输入端连接。
上述装置中，所述模/数转换器具有一个或多个声道声频信号输入接口，所述数/模 转换器具有一个或多个声道声频信号输出接口。
上述装置中，所述串行数字声频信号为分离通道或TDM的左/右对齐I2S格式。 上述装置中，模/数转换器用于将输入的模拟声频信号转换成DSP支持的数据格式， 系统可以通过串行数字声频信号接收端口直接接收数字声频信号。数/模转换器用于将 DSP处理好的数字格式的声频数据转换成模拟声频信号输出，若系统直接输出数字声频 信号则此数/模转换器可以省略。输入、输出的信号可以是单声道、双声道或多声道的声 音信号。DSP可以接收从模/数转换器或者其它设备发送的串行数字声频信号，其格式可 以是分离通道或时分复用(TDM)的左/右对齐lS格式。DSP接收到声频数据后，对数 据进行处理。
本实用新型装置的软件处理流程包含以下步骤-(1) 设定期望的均衡修正特性；
(2) 根据期望的均衡修正特性设计相应的FIR或IIR均衡滤波器；
(3) 编写DSP软件实现设计好的滤波器，将编译好的程序放入存储程序的ROM;
(4) 将本装置连接到系统，运行DSP程序，对声频系统频响特性进行均衡处理。
与现有技术相比，具有如下优点该装置既可以处理模拟声频信号，也可以处理数字 声频信号，获得精确的声频系统频响均衡校正特性，系统结构简单，使用方便，成本低。 本实用新型装置还可以利用DSP方便灵活地实现多种算法以及对算法进行改进和升级， 因此可以将声频系统需要的各种功能通过DSP算法实现，且可根据需要对其升级，从而 简化系统，降低成本。
图1是本实用新型装置的结构示意图2是5.1通路环绕声虚拟重放系统框图3是本实用新型装置实施例的结构示意图4是本实用新型装置实施例的扬声器幅频响应曲线图5是本实用新型装置实施例设计的均衡曲线图6是本实用新型装置实施例的软件处理流程图。
具体实施方式
以下结合附图和实施例，对本实用新型装置做进一步的详细说明。 如图1所示，本实用新型装置的硬件结构主要包含数字信号处理器(DSP)、程序 存储器ROM、模/数转换器(A/D)、数/模转换器(D/A)，可以输入、输出模拟声频信 号和数字声频信号，若系统只输入、输出PS数字声频信号，则通过串行数字声频信号接 收端口输入至DSP (如图1中的fS数字声频信号输入)。对声频系统频响特性的均衡处 理通过DSP软件实现，编译好的DSP程序存入程序存储器ROM中。
本实用新型装置可用于电视、家庭影院、多媒体放声系统、高保真放声系统、车内放 声系统等方面。
实施例多媒体虚拟环绕声放声系统的应用 在多媒体虚拟环绕声放声系统中，如图2所示，原始的5.1通路环绕声信号经过虚拟处理 以后得到L'、 R'两路输出信号，然后馈给前方两个扬声器重放，虚拟出类似真正的5.1通
5路环绕声效果。但通常的多媒体扬声器单元尺寸较小，其幅频响应特性很难做到完全平 直，特别是低频从200~300Hz开始衰减，主观上会感觉重放声低频不足，从而影响重放 效果。可以将L'、 R'两路信号先通过均衡处理以后再馈给扬声器重放，这样可以明显改 善听觉效果。
如图3所示，本实用新型装置实施例中采用的一片DSP是Texas Instruments (TI)公司 生产的TAS3108，该处理器数据精度高(其中数据存储器为48-bit、系数存储器为28-bit、 乘法累加器76-bit)，采样率支持32kHz 192kHz，支持8通道的I2S声频数据输入输出，TI 公司提供了与该处理器配套的图形开发环境(GDE)编写信号处理软件，硬件接口驱动程序 无需用户编写，已有图形化的组件供调用。该处理器是实现声频系统频响特性均衡处理算 法的核心运算部件，采用一片FLASH (24LC512)作为程序存储器，系统中采用了 3片 A/D芯片(PCM1803)接收5.1通路环绕声的6个声道的模拟声频信号，包括左L、右R、 左环绕LS、右环绕RS、中置C、低频效果LFE信号，每两个声道通过一片A/D芯片转 换成1路I^格式的声频数据发送给DSP，然后采用中国发明专利申请(名称 一种5.1通 路虚拟环绕声信号处理方法，申请号200610037495.0)所描述的方法将其转换成两通路虚 拟环绕声信号L'，R'后，再分别对L'，R'信号进行均衡处理。
DSP均衡处理软件的编写包括以下步骤
(1) 测量均衡处理前扬声器的脉冲响应，计算其频响特性；
(2) 将扬声器频响特性与期望的频响特性比较，得出各频带需要修正的值；
(3) 根据各频带的修正值设计相应的IIR滤波器；
(4) 用DSP支持的语言编写DSP软件实现设计好的IIR滤波器。编译好的DSP
程序存储在FLASH中，上电后FLASH中的程序被引导到DSP的内部RAM运行。DSP处理好的数据形成l路fS信号，经一片D/A芯片(PCM1754)变成2路模拟声频信号
输出到两个扬声器重发。
图4所示的曲线A是某型号小型扬声器的幅频响应，低频240 Hz开始下降，主观听
音感觉重放声低频不足。曲线B是主通过主观评价而得到的期望频响特性。
图5所示是设计的均衡曲线。将图4的A、 B两条曲线相比较后得出各频带需要修
正的值，使用图形开发环境(GDE)自带的FilterCreationTool根据修正值设计均衡曲线，然
后在主观听音实验的基础上对均衡曲线在Frequency Response Graph界面上进行细调，最
后得到主观听音效果比期望的更好的均衡曲线。图6所示，上电后DSP完成初始化设置，然后启动相关标志位使DSP能接收输入 数据、接收上层命令、发送输出数据。DSP接收到6个声道的信号后先对其做虚拟声处 理，得到两个声道的输出数据，对这两个声道的数据用IIR滤波器系数分别进行滤波处 理，即可实现对左、右扬声器的频响特性进行均衡修正。本实用新型装置的研究得到《广 州市科技计划项目，编号2005Z3-D0071》的资助。
权利要求1、一种基于DSP的声频系统频响特性均衡处理装置，其特征在于包括DSP、模/数转换器、数/模转换器和存储DSP程序的外部ROM，所述模/数转换器输出端与DSP的信号输入端相连，DSP的信号输出端与数/模转换器输入端相连，DSP还与所述外部ROM进行信号连接。
2、 如权利要求1所述的基于DSP的声频系统频响特性均衡处理装置，其特征在于 还设有串行数字声频信号接收端口 ，该端口与DSP的信号输入端连接。
3、 如权利要求2所述的基于DSP的声频系统频响特性均衡处理装置，其特征在于 所述模/数转换器具有一个或多个声道声频信号输入接口，所述数/模转换器具有一个或 多个声道声频信号输出接口。
4、 如权利要求3所述的基于DSP的声频系统频响特性均衡处理装置，其特征在于 所述串行数字声频信号为分离通道或TDM的左/右对齐I2S格式。
专利摘要本实用新型装置公开了一种基于DSP的声频系统频响特性均衡处理装置。该装置包括数字信号处理器(DSP)、与DSP相连的模/数转换器、数/模转换器、存储DSP程序的外部ROM。该装置用DSP可实现对声频系统频响特性的均衡处理，能获得精确的声频系统频响均衡校正特性。该装置既可以输入输出模拟声频信号也可以输入输出I<sup>2</sup>S、左/右对齐格式的数字声频信号。该装置既可以输入输出单声道声频信号，也可以输入输出多声道声频信号。
文档编号H03G5/16GK201243266SQ20082004785
公开日2009年5月20日 申请日期2008年5月16日 优先权日2008年5月16日
发明者何伟成, 张承云, 谢菠荪 申请人:华南理工大学;国光电器股份有限公司